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1、报告人：郏景省 导 师：王树东 研究员Lab.For Energy&Environmental EngineeringDalian Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of Sciences2005年11月,Seminar I,铝阳极氧化及其应用,阳极氧化,定义原理,概述应用,膜微孔结构,膜生长原理,实例详解,概述,铝阳极氧化技术是用铝金属制件作阳极,在电解作用下铝金属制件表面形成氧化物薄膜的过程。初期应用表面改性耐磨性、耐蚀性、电气绝缘性,表面色泽美观。近期应用精密分离膜：耐热、可调孔径、规整AAO模板：制作纳米功能材料,初期应用 1,耐
2、磨耐腐蚀材料,建筑装饰材料,电绝缘材料,新方向：AAO模板,纳米孔径可调,高度有序结构,溶解？,功能材料,偏光器件2 微孔中沉积Ni，光照射到膜表面时,会产生与孔垂直方向的光(H 偏光)和与孔平行方向的光(V 偏光)，二者光衰减常数不同。光电材料3 微孔中沉积荧光物质磁记录材料4 微孔中沉积Fe、Co 等磁性金属,高度垂直磁性记录介体湿度传感器5阳极氧化膜所吸附的水分不同,其电阻会改变催化剂载体6 大比表面积，有序孔结构,2.Saito M,Kirihara M,Searson P C,et al.J.Appl.Phys Lett,1989,55(7):607.3.水木一成等.金属表面技术,1
3、987,38(12):5615634.Chiena C L,Sun L.J.J Magn Magn Mater,2002,249:146-155.5.Davydov D N,Sattari P A,Osika A,et al.J.J Appl.Phys,1999,86(7):398323987.6.Patermarakis1 G,Nicolopoulos N.J.J Catal,1999,187:3112320.,铝阳极氧化的一般原理,阳极：铝或铝合金制品 阴极：在电解溶液中化学稳定性高的材料铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。在阴极上在阳极上,阳极氧化膜的微观结构,阳极氧化膜分类阻挡型氧
4、化膜多孔型氧化膜KHR模型KHR修正模型三层结构模型,KHR模型7,电子显微镜,7.Loomans M,et al.J.Journal of Elect ronic Material,1994,23(8):741,特例现象,六边形膜胞 星形中心孔 膜胞沿着垂直铝基体表面的垂直电场方向生长,KHR修正模型8,高倍透射电镜,圆形中心孔 指出AAO结构取决于氧化电压、电解液、温度等相关参数,广泛接受,8.OSullivan J P,Wood G C.J.Proc R Soc London,1970,A(317):511,微孔结构,生长机理,阳极氧化膜的生长机理,电场支持下的溶解模型临界电流密度模型
5、体膨胀应力模型,电场支持下的溶解模型9,该模型认为：在酸性电解溶液中，铝的阳极化过程包括阻挡层形成、阻挡层溶解和多孔层稳定生长3 个阶段。,恒压阳极氧化时电流密度时间变化曲线,时间,电流密度,9.肖克来提.无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究D.中国科学院博士优秀论文,1999.,临界电流密度模型 10,观点：对于特定浓度与温度的电解液,阳极氧化过程总存在一个临界电流密度J c，该临界值决定了氧化膜的类型。,10.Xu Y,Thompson G E,Wood G C.J.Trans Inst Met Finish,1985,63:69,致密型;无Al3+损失,致密型;部分Al3+损失,致密型;
6、全部Al3+损失,多孔型；膜被侵蚀,体膨胀应力模型11,11.J essensky O,Muller F,Gosele U.J.Appl.Phys.Lett.,1998,72(10):1173,形成氧化铝,产生裂纹,电流密度增大局部升温,裂纹合拢,反复裂纹、合拢,圆形膜孔六方膜胞,六方排列能量最低圆孔表面积最小,自组织原理,阳极氧化应用实例12,装饰材料的制备过程：,12.中国阳极氧化与染色网 http:/,表面处理,表面处理,铝材及制品的表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷。处理过程包括：脱脂：除去表面油污赃物碱蚀：进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤 中和:
7、用酸清洗,除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面,阳极氧化处理,以铝及其合金作为阳极，选择合适的电解液、阳极化温度、电流密度和氧化时间进行阳极氧化，从而得到所需的氧化铝膜,染色处理,一般阳极氧化膜的孔隙直径为0.01-0.03m，而染料在水中分离成单分子，直径为0.0015-0.0030m，着色时染料被吸附在孔隙表面上并向孔内扩散、堆积染料与氧化铝进行离子键、氢键结合而使膜层着色，经封孔处理，染料被固定在孔隙内。,封孔处理,提高铝件质量和染着色牢固。经过封闭处理后表面变的均匀无孔，形成致密的氧化膜。经封闭后的氧化膜不再具有吸附性，可避免吸附有害物质而被污染或早期腐蚀。,总结,表面改性,功能
8、材料,缺陷斑点,微孔结构生长机理,参考文献,朱祖芳.铝阳极氧化的应用.电镀与涂饰.1999，18(1)：40Saito M,Kirihara M,Searson P C,et al.J.Appl.Phys Lett,1989,55(7):607.水木一成等.金属表面技术,1987,38(12):561563Chiena C L,Sun L.J.J Magn Magn Mater,2002,249:146-155.Davydov D N,Sattari P A,Osika A,et al.J.J Appl.Phys,1999,86(7):398323987.Patermarakis1 G,Nic
9、olopoulos N.J.J Catal,1999,187:3112320.Loomans M,et al.J.Journal of Elect ronic Material,1994,23(8):741OSullivan J P,Wood G C.J.Proc R Soc London,1970,A(317):511肖克来提.无铅焊料表面贴装焊点的高温可靠性研究D.中国科学院博士优秀论文,1999.Xu Y,Thompson G E,Wood G C.J.Trans Inst Met Finish,1985,63:69J essensky O,Muller F,Gosele U.J.Appl.Phys.Lett.,1998,72(10):1173中国阳极氧化与染色网 http:/,Thanks,
